大型同步电动机无刷励磁应用技术

ZL1 ZL2 ZL3图 1旋 转 主 回 路 电 气 图2003年 12月 河 北 工 程 技 术 咼 等 专 科 学 校 学 报 Dec.2003第 4期 JOURNAL OF HEBEI ENGINEERING AND TECHNICAL COT.T.FGE NO.4文章编号：1008 - 3782(2003)04 - 0037 - 03大 型 同 步 电 动 机 无 刷 励 磁 应 用 技 术张 军 孔 庆 霞 2(1.江 苏 省 淮 安 市 建 筑 工 程 管 理 局 ， 江 苏 淮 安 2230012.淮 阴 工 学 院 ， 江 苏 淮 安 223001)摘要：结合淮阴二站工程实际，分析了同步电动机无刷励磁的工作特点，阐述了无刷励磁的应用技术及无刷励磁在淮阴 二站的应用情况。关键词： 同步电动机;无刷励磁;应用 中图分类号: TM341 文献标识码:A由于同步电动机具有无功补偿的功能，所以同步电动机在大型泵站中得到了广泛的应用。同步电动机 的励磁方式分为静态励磁和无刷励磁两种。由于静态励磁的滑环、电刷不易维护，而且允许通过的电流也受 到限制，制约了电机容量的进一步提高 14。从江都泵站30多年故障统计， 40%50%的故障为励磁故障。 随着电力电子技术的发展，无刷励磁在同步电动机中的应用越来越广泛，它是大型同步电动机无刷化发展的 重要方向之一 3。江苏省淮阴第二抽水站的同步电动机就采用了先进的无刷励磁技术。江苏省淮阴第二抽水站为南水北调东线三级站，设计扬程为4m，流量为100 m3/S，该泵站配备了三台 3.1ZLQ - 5轴流泵，配套 TL2800 - 40/3250型的10kV立式同步电动机，该电动机采用了新型的无刷励磁系 统。1无 刷 励 磁 的 工 作 原 理该泵站的同步电动机的无刷励磁装置主要由交流励磁发电机、旋转整流功率模块、旋转启动灭磁电阻模 块、旋转控制模块微机控制器组成。励磁发电机转子为功率输出绕组，通过ZL型旋转整流模块、OD型整流 功率模块、OM启动灭磁电阻、ZK 型主控制模块、DY 12S型电源模块，达到同步电动机启动，自动投励磁，自动 灭磁。其工作原理如图1所示。收稿日期：003-06-03作者简介:张军（1966-)，男，江苏淮安人，江苏省淮安市建筑工程管理局工程师。旋转系统由王回路和控制回路组成，王回路包括三相半控桥式整流及启动回路，整流回路由三只ZL型 旋转整流功率模块组成。它有三种工作状态，在电机启动及再整步驱动时为截止状况，以关断启动回路，投 励后转为整流工况。三种工况在ZK41旋转主控制模块的控制下自动切换。启动回路由一只OD型旋转功 率模块和八只OM型启动灭磁电阻组成。在电机启动和再整步异步启动过程中，OD模块的可控硅导通阀值 为最低值，使启动OM电阻完全接入电动机转子回路。电机正常运行时，OD模块的可控硅导通阀值设定为 高定值，启动电阻退出，当停机或转子回路出现过电压超过OD模块可控硅高定值时，启动电阻被重新接入 电机回路，吸收过电压。若在启动时出现误导通，通过ZK41模块检测环节，利用其续流时刻将启动可控硅 关断。ZK41模块控制三相半控桥整流电路工作状况及滑差投励。零压计时投励检测环节及投励环节，另配 有稳定的工作电源DY12 S。静态励磁原理见图2。为了提高同步电动机组的动态稳定性，减少电机由于电网或负载等突然波动而 导致电机失步的机率，在WKLF-41型静态励磁装置中引入励磁电流负载反馈与定子功率因数负反馈相结 合的双闭环调节系统。表现在若励磁系统的低压380V电源发生波动时励磁调节器内环（电流环）能迅速反 应，使励磁电流基本保持稳定。若同步电动机定子供电电源和负载发生波动时，励磁调节器的外环（功率因 数环)能迅速反应，自动加大或减少励磁电流，在一定范围内保持电机功率因数恒定。AC220VBC220V 开关电源-A+5V+T3V15V“E+5VL, A系统 U读写器R/W -B系统图 2静 态 励 磁 原 理 图本装置主要特点表现在：(1) 具有励磁电流负反馈与定子功率因数负反馈相结合的双闭环调节回路，使励磁电流及同步电动机功 率因数基本保持恒定，其工作均用微机软件完成。(2) 装置起动无脉振、投励无冲击，能迅速准确捕捉到滑差，准确投励。(3) 设有零压计时投励，作为后备投励。(4) 整机智能化微机控制，具有测量保护及事故预告及音响等多种报警信号，中文界面操作、显示，操作 维护方便。(5) 本装置具有两套微机控制系统，一套工作，一套热备用，具有高可靠性。开关电源38 河 北 工 程 技 术 高 等 专 科 学 校 学报 2003操作显示第4期 张 军 等 :大 型 同 步 电 动 机 无 刷 励 磁 应 用 技术 392运 行 状 况淮阴二站从2002年5月31日起已开机运行，对泵站1#、2 #、3 #立式同步电动机的微机励磁装置进行了 静态调试，对电源、增磁、减磁、灭磁系统、保护系统及故障报警系统均进行了调试，将同步电动机励磁电流调 整在额定电流8.6A的75% 80%数据上，静态装置的定子电流为6.5 7A，2# 机3.8 S投励运行正常，1#机 出现欠励事故停机，随后将1#机励磁电流调整到7.5 8A时，1# 机投入运行时间为7.98S，# 机投励时间为 3.62SC以上数据均为现场实测数据）。从首次试运行可找出一个规律，因投励的情况是由交流发电机提供的 激磁电流，励磁磁场强弱与转速有关，对这种励磁系统，起动时转速不可能很快就达到额定值，所以在静态调 试时，尽量增大励磁电流，使励磁磁场有足够能量，才能使同步电动机很快进入同步，对于这种无刷励磁调节 系统的静态试调时须在额定值的90%较为合理。在1#、#机组启动过程中出现过励磁装置未牵入同步问题。因为水泵负载在机组启动过程中由于存 在水过驼峰形成虹吸效应的特点，在电机启动加速至亚同步转速时负载力矩达到最大，甚至超过额定转矩， 随着水过驼峰负载力矩逐渐减少至正常值，该过程持续时间可达5 6S。而励磁系统关于电机启动过程的 强励倍数及强励时间基本按常规负载(轻载启动）配置的。为配合水泵负载特点，要求励磁系统在电机启动 至亚同步转速时施加强励以补偿电磁转矩。为此，将强励持续时间由1S 调整至8S。调整后的机组均能正 常启动。3结 束 语从淮阴二站运行情况来看，淮阴二站大型同步电动机选用的这种新的励磁装置是合理的，可靠的，为同 步电动机无刷励磁系统提供了实际运行经验。但也存在一些缺陷，增加了同轴交流发电机，对旋转模块维修 也比较困难，结构上要进一步优化设计。总之，立式同步电动机无刷励磁系统克服了有刷励磁的弊端，在泵 站运行中可减少机组的维护、检修及故障，减少运行费用和检修费用。参 考 文 献1 盛超，王祥珩.一种新型无刷励磁同步电动机投励装置J.大电机技术，1999(1).2 王祥珩，盛超.无刷励磁同步电动机起动的研宄J.清华大学学报，1999,39,（7).3 李志民，魏勇.大型调速同步电动机无刷励磁磁场控制的研宄J.电气传动，1998,（4).4 张频.无刷励磁技术的应用分析J.湖南有色金属，2002,18(3).Applied Technology of BrushlessSynchronous MotorZHANG Jun1 KONG Qing-xia2(1. Constructional Engineering Bureau of huai* an， Huaian 223001， China;2.Technology Institute of Huaiyin， Huai* an 223001， China)Abstract： This paper analyzes how the non-probe exciter of synchronous motor works， on the basis of No.2 Pumping St